细胞工程植物细胞工程的基本技术(第二章第一节)

专题2细胞工程当前第1页\共有55页\编于星期四\21点

1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物--克隆羊多利诞生于英国。这样的生物技术属于何种生物工程？细胞工程当前第2页\共有55页\编于星期四\21点

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？包括哪两大领域？当前第3页\共有55页\编于星期四\21点细胞工程应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞整体水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品概念分类植物细胞工程动物细胞工程理论基础细胞的全能性当前第4页\共有55页\编于星期四\21点2.1植物细胞工程§2.1.1植物细胞工程的基本技术植物组织培养当前第5页\共有55页\编于星期四\21点利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花当前第6页\共有55页\编于星期四\21点12345再分化(愈伤组织)植物组织培养6脱分化当前第7页\共有55页\编于星期四\21点探究：1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？植物细胞具有全能性。2、什么是细胞的全能性？当前第8页\共有55页\编于星期四\21点1、定义：

生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特性。

2、原理：

生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。

3、差异：

（1）受精卵的全能性最高

（3）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞低

受精卵生殖细胞体细胞＞＞4、大小：一、细胞的全能性植物细胞＞动物细胞

（2）生殖细胞的全能性较高

当前第9页\共有55页\编于星期四\21点探究：1、克隆羊“多利”的诞生说明了什么？2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？表现全能性的条件有哪些？离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有全能性。在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。当前第10页\共有55页\编于星期四\21点1、有关全能性的表述中，不正确的是（）Ａ．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高Ｂ．生物体内细胞由于分化全能性不能表达Ｃ．卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能性很高Ｄ．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性C趁热打铁：当前第11页\共有55页\编于星期四\21点2.下列植物细胞全能性最高的是（）

A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞

3．下列细胞全能性最高的是（）

A．植物的卵细胞

B．植物的精子细胞

C．被子植物的受精卵

D．被子植物的的叶肉细胞AC当前第12页\共有55页\编于星期四\21点4.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（）

A、细胞的基因丧失了全能性B、基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果C、不同的细胞内基因不完全相同D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化

B当前第13页\共有55页\编于星期四\21点

要把一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作呢?请同学们阅读P34实验完成P35讨论题。当前第14页\共有55页\编于星期四\21点当前第15页\共有55页\编于星期四\21点切取当前第16页\共有55页\编于星期四\21点接种当前第17页\共有55页\编于星期四\21点培养室当前第18页\共有55页\编于星期四\21点当前第19页\共有55页\编于星期四\21点愈伤组织的形成当前第20页\共有55页\编于星期四\21点当前第21页\共有55页\编于星期四\21点试管苗当前第22页\共有55页\编于星期四\21点移栽当前第23页\共有55页\编于星期四\21点切取形成层无菌接种诱导愈伤组织的形成试管苗的形成培养室移栽脱分化再分化当前第24页\共有55页\编于星期四\21点(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？

植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。当前第25页\共有55页\编于星期四\21点(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。当前第26页\共有55页\编于星期四\21点(3)请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。当前第27页\共有55页\编于星期四\21点

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。二、植物组织培养1、概念当前第28页\共有55页\编于星期四\21点离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化植物激素：细胞分裂素、生长素再分化2、过程植物组织培养条件：

含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。遮光光照细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关。当前第29页\共有55页\编于星期四\21点

1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。能力提高2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？植物激素当前第30页\共有55页\编于星期四\21点知识拓展

当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为“激素杠杆”。具体内容详见P42拓展视野当前第31页\共有55页\编于星期四\21点细胞分裂素/生长素基本相等时：维持愈伤组织的生长细胞分裂素/生长素维持在高水平时：诱导芽的形成细胞分裂素/生长素的比例低时：诱导根的形成使用顺序实验结果先使用生长素或使用细胞分裂素有利于细胞分裂但不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞分裂也分化同时使用分化频率加快资料1根据以上资料，你得出什么结论？资料2植物激素对脱分化和再分化起到决定性的作用，培养基中植物激素的种类、浓度、比例和使用顺序都会影响实验结果。当前第32页\共有55页\编于星期四\21点强调几个概念：愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化，由无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。当前第33页\共有55页\编于星期四\21点植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。当前第34页\共有55页\编于星期四\21点反馈练习1.下列属于组织培养的是（）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株A当前第35页\共有55页\编于星期四\21点2.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素C当前第36页\共有55页\编于星期四\21点3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（）A.具有完整细胞核的细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定的营养物质和激素C当前第37页\共有55页\编于星期四\21点4、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：

A、脱分化B、去分化

C、再分化D、脱分化或去分化当前第38页\共有55页\编于星期四\21点5、下列不能作为植物组织培养的材料是A、秋海棠的叶B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉D、木质部中的导管细胞D当前第39页\共有55页\编于星期四\21点因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。三、植物体细胞杂交技术这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？当前第40页\共有55页\编于星期四\21点1．你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？2．有没有一种温和的去壁方法呢？3．为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？4．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？请思考：当前第41页\共有55页\编于星期四\21点马铃薯细胞番茄细胞杂种细胞1.阻碍植物细胞亲和的结构是什么？怎么去除？融合长壁原生质体纤维素酶和果胶酶2.去壁以后的结构叫什么？3.用什么方法才能让细胞紧密接触并发生融合？4.融合的过程是怎样的？其过程中用到了膜的什么特性？5.融合完成的标志是什么？6.杂种细胞遗传物质有什么特点？7.融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？

物理方法：离心、振动、电击.化学方法：聚乙二醇（PEG）诱导细胞膜融合细胞质融合细胞核融合流动性单核、长出新的细胞壁具有两个物种的遗传物质马—马、番--番所以还要经过筛选才能得到杂种植株当前第42页\共有55页\编于星期四\21点杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化1、过程植物细胞的融合植物组织培养植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去壁去壁人工诱导方法？促进融合的方法？融合完成的标志植物细胞B二、植物体细胞杂交技术细胞融合的基础：细胞膜的流动性当前第43页\共有55页\编于星期四\21点2、概念

将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。3、优势和未解决的问题

优势（与有性杂交方法比较）

：打破了不同种生物间的生殖隔离障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良。当前第44页\共有55页\编于星期四\21点1.为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。当前第45页\共有55页\编于星期四\21点2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。当前第46页\共有55页\编于星期四\21点所采用技术的理论基础植物细胞工程通常采用的技术手段植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞的全能性小结：当前第47页\共有55页\编于星期四\21点比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交的障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性细胞全能性染色体变异、基因重组当前第48页\共有55页\编于星期四\21点几个关键词：细胞离体、一定的营养物质、激素（细胞分裂素和生长素）和其他外界条件必要条件：外植体:脱分化:再分化:愈伤组织:胚状体:从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官已经分化的细胞，在一定的条件下，重新回复到原始的未分化状态脱分化的细胞，在一定的条件下，又重新分化成各种特异性的组织细胞的过程在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。具有生根发芽能力的胚状结构细胞分化:在发育过程中，具有全能性的细胞（如受精卵细胞）逐步转变成形态、结构、功能各异的组织细胞的过程当前第49页\共有55页\编于星期四\21点1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体B、将杂种细胞培育成植株C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性D、尚未培育出属间杂种植物当前第50页\共有55页\编于星期四\21点2、不能人工诱导原生质体融合的方法是A、振动B、电刺激C、PEG试剂D、重压当前第51页\共有55页\编于星期四\21点3.植物细胞表现